Física 1 Semana 15

Semana15 martes SESIÓN 43	Unidad 3. Energía: fenómenos térmicos, tecnología y sociedad
contenido temático	2 Energía: su transformación, aprovechamiento y degradación • Entropía e irreversibilidad.

Aprendizajes esperados del grupo	Conceptuales • Conoce la interpretación estadística de la entropía y su relación con la irreversibilidad de los procesos en la naturaleza. N1. Procedimentales: ·         Conoce las implicaciones de la segunda ley de la termodinámica. ·         Manejo de material  y equipo de laboratorio. ·         Presentación en equipo Actitudinales ·          Puntualidad, respeto, responsabilidad, tolerancia, solidaridad y actitud crítica.
Materiales generales	De laboratorio: -          Parrilla eléctrica, dos vasos de precipitados de 250 ml, termómetro. De proyección: -          Pizarrón, gis, borrador -          Proyector de acetatos De computo: -          PC, y proyector tipo cañón -          Programas:  Gmail, Googledocs. Didáctico: Resumen escrito, en documento electrónico.
Desarrollo del proceso	FASE DE APERTURA El Profesor de acuerdo a su Planeación de clase presenta lo siguiente: Preguntas ¿Qué es un proceso termodinámico reversible? ¿Cómo se enuncio Clausius la 2ª. Ley de la Termodinámica? ¿Cuál es el enunciado de la 2ª. Ley de la Termodinámica de Kelvin y Planck? ¿Cuál es el funcionamiento de un refrigerador? ¿Cuál sería una conclusión general de la 2a. Ley de la termodinámica? ¿En qué consiste un proceso termodinámico irreversible? Equipo Respuesta Un proceso termodinámico reversiblees un proceso que, una vez que ha tenido lugar, puede ser invertido (recorrido en sentido contrario) sin causar cambios ni en el sistema ni en sus alrededores. Enunciado de Clausius: No es posible un proceso cuyo único resultado sea la transferencia de calor de un cuerpo de menor temperatura a otro de mayor temperatura. Enunciado de Kelvin-Planck: No es posible un proceso cuyo único resultado sea la absorción de calor procedente de un foco y la conversión de este calor en trabajo. Para comprender cómo funciona un refrigerador es necesario saber que naturalmente, el calor fluye de un sistema de alta temperatura a uno de menor temperatura. Por lo tanto, lo que debe hacer un refrigerador es el proceso opuesto. Las partes principales del ciclo de refrigeración son las siguientes: EVAPORADOR. Esta es la parte que “absorbe el calor”, con la ayuda del refrigerante en estado gaseoso. COMPRESOR. Funciona usando un motor y su función es comprimir el refrigerante, es decir, reducir su volumen, con lo que disminuye su temperatura también. CONDENSADOR. Su función es hacer que el refrigerante se condense, es decir, pase a su estado líquido. VÁLVULA DE EXPANSIÓN. La válvula de expansión reduce la presión sobre el refrigerante líquido. Si iniciamos el ciclo en el compresor, lo que sucedería es lo siguiente. El refrigerante, al pasar por este aumenta su presión, es decir, se comprime y como consecuencia, aumenta la temperatura también. Se convierte en un vapor sobrecalentado con alta presión y cambia del estado gaseoso al estado líquido (licuefacción) al pasar por el condensador el siguiente paso es la válvula de expansión. Aquí se experimenta la repentina reducción en la presión sobre el refrigerante. Una parte del refrigerante se evapora y se expande. Esta expansión causa un descenso en la temperatura del refrigerante. La evaporación del líquido refrigerante, está presente en el evaporador, el cual absorbe el calor de los alimentos que están en el refrigerador y por lo tanto, los mantiene fríos. El refrigerante elevo su temperatura y pasa a su fase gaseosa. El refrigerante que es ahora un gas, entra de nuevo al compresor y el ciclo se repite. "No existe un proceso cuyo único resultado sea la absorción de calor de una fuente y la conversión íntegra de este calor en trabajo”  En los procesos reversibles, el sistema nunca se desplaza más que diferencialmente de su equilibrio interno o de su equilibrio con su entorno. Un proceso es irreversible si involucra transferencia de calor a través de una diferencia de temperatura finita entre el sistema y su entorno. La Segunda Ley Por último, vamos a ver el contenido de la segunda ley de la termodinámica. En términos más o menos sencillos diría lo siguiente: "No existe un proceso cuyo único resultado sea la absorción de calor de una fuente y la conversión íntegra de este calor en trabajo”. Este principio (Principio de Kelvin-Planck) nació del estudio del rendimiento de máquinas y mejoramiento tecnológico de las mismas. Si este principio no fuera cierto, se podría hacer funcionar una central térmica tomando el calor del medio ambiente; aparentemente no habría ninguna contradicción, pues el medio ambiente contiene una cierta cantidad de energía interna, pero debemos señalar dos cosas: primero, la segunda ley de la termodinámica no es una consecuencia de la primera, sino una ley independiente; segundo, la segunda ley nos habla de las restricciones que existen al utilizar la energía en diferentes procesos, en nuestro caso, en una central térmica. No existe una máquina que utilice energía interna de una sola fuente de calor. FASE DE DESARROLLO   Siendo que la termodinámica es la rama de la física que estudia la energía, la transformación entre sus distintas manifestaciones, como el calor, y su capacidad para producir un trabajo, te sugeriría lisa y llanamente que lleves una olla a presión, la llenas de agua y la pones a hervir. Al comenzar a salir el vapor concentrado en chorros potentes, le colocas una hélice hecha con madera o papel, que la haga girar, y explicas que a esa hélice o paleta puede ir conectada una rueda, o un generador de corriente, o cualquier otro elemento que aproveche ese movimiento. FASE DE CIERRE    Al final de las presentaciones se lleva a cabo una discusión extensa, en la clase, de lo  que se aprendió. Para generar una conclusión grupal relativa a la 2ª. Ley de la Termodinámica.                     Revisa el trabajo a cada alumno y lo registra en la lista de MOODLE.  Actividad Extra clase: Los alumnos: Ø  Elaboraran su informe,  para registrar sus resultados en su Blog. Ø  Indagaran los temas siguientes de acuerdo al cronograma, y los depositaran en su Blog personal en la cual contendrá su información, Ø  Los integrantes de cada equipo, se comunicaran la información indagada y la procesaran en Googledocs,   Analizaran y sintetizaran los resultados, para presentarla al Profesor en la siguiente sesión.
evaluación	El profesor revisara el Informe de la actividad depositado en el Blog personal.     Contenido: -           Resumen de la indagación bibliográfica. -          Informe de las actividades en el Aula-laboratorio.

Semana15 jueves SESIÓN 43	2ª. Ley de la Termodinámica
contenido temático	Sistema físico térmico, donde intervienen los factores de la 2ª Ley de la termodinámica.

Aprendizajes esperados del grupo	Conceptuales ·                     Sistema físico térmico, donde intervienen los factores de la 2ª Ley de la termodinámica. Procedimentales: ·                     Conoce las implicaciones de la segunda ley de la termodinámica. ·                     Manejo de material  y equipo de laboratorio. ·                     Presentación en equipo Actitudinales ·                     Confianza, cooperación, responsabilidad respeto y tolerancia.
Materiales generales	De laboratorio: ·                     Parrilla eléctrica, dos vasos de precipitados de 250 ml, termómetro. De proyección: Pizarrón, gis, borrador Proyector de acetatos De computo: PC, y proyector tipo cañón Programas:  Gmail, Googledocs. Didáctico: Resumen escrito, en documento electrónico.
Desarrollo del proceso	FASE DE APERTURA El Profesor de acuerdo a su Planeación de clase presenta lo siguiente: Preguntas ¿Qué es un proceso termodinámico reversible? ¿En qué consiste un proceso termodinámico irreversible? ¿Cómo enuncio Clausius la 2ª. Ley de la Termodinámica? ¿Cuál es el enunciado de la 2ª. Ley de la Termodinámica de Kelvin y Planck? ¿Cuál es el funcionamiento de un refrigerador? ¿Cuál sería una conclusión general de la 2a. Ley de la termodinámica? Equipo 4 1 2 6 3 5 Respuesta Se denominan procesos reversibles a aquellos que hacen evolucionar a un sistema termodinámico desde un estado de equilibrio​ inicial a otro nuevo estado de equilibrio final a través de infinitos estados de equilibrio. De una manera simplificada, se puede decir que un proceso reversible es aquel proceso que, después de ser llevado de un estado inicial a uno final, puede retomar sus propiedades originales. Ejemplo: Movimiento sin friccion El fenómeno de la irreversibilidad resulta del hecho de que si un sistema termodinámico de moléculas interactivas es trasladado de un estado termodinámico a otro, ello dará como resultado que la configuración o distribución de átomos y moléculas en el seno de dicho sistema variará. “Es imposible construir una máquina cíclica, que no tenga otro efecto que transferir calor continuamente de un cuerpo hacia otro, que se encuentre a una temperatura más elevada”. Enunciado de Kelvin-Planck, es imposible que un sistema realice un proceso cíclico cuyos únicos efectos sean el flujo de calor desde una fuente de calor al sistema y la realización, por parte del sistema, de una cantidad equivalente de trabajo La función de una máquina de refrigeración es tomar el calor del interior del refrigerador y expulsarla al exterior, empleando una fuente de energía externa para mantener el proceso. Para que la eficiencia sea mayor, la diferencia de temperatura entre el condensador, (que contiene el calor absorbido por el refrigerante en el evaporador) y el aire ambiente debe ser máxima, ya que es en este lugar donde el calor sale del aparato. En conclusión la segunda ley de la termodinámica nos garantiza que la equivalencia energética de los distintos medios portadores de energía no significa igualdad. La Segunda Ley Por último, vamos a ver el contenido de la segunda ley de la termodinámica. En términos más o menos sencillos diría lo siguiente: "No existe un proceso cuyo único resultado sea la absorción de calor de una fuente y la conversión íntegra de este calor en trabajo”. Este principio (Principio de Kelvin-Planck) nació del estudio del rendimiento de máquinas y mejoramiento tecnológico de las mismas. Si este principio no fuera cierto, se podría hacer funcionar una central térmica tomando el calor del medio ambiente; aparentemente no habría ninguna contradicción, pues el medio ambiente contiene una cierta cantidad de energía interna, pero debemos señalar dos cosas: primero, la segunda ley de la termodinámica no es una consecuencia de la primera, sino una ley independiente; segundo, la segunda ley nos habla de las restricciones que existen al utilizar la energía en diferentes procesos, en nuestro caso, en una central térmica. No existe una máquina que utilice energía interna de una sola fuente de calor. FASE DE DESARROLLO http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/segundo/segundo.htm Siendo que la termodinámica es la rama de la física que estudia la energía, la transformación entre sus distintas manifestaciones, como el calor, y su capacidad para producir un trabajo, te sugeriría lisa y llanamente que lleves una olla a presión, la llenas de agua y la pones a hervir. Al comenzar a salir el vapor concentrado en chorros potentes, le colocas una hélice hecha con madera o papel, que la haga girar, y explicas que a esa hélice o paleta puede ir conectada una rueda, o un generador de corriente, o cualquier otro elemento que aproveche ese movimiento. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/thermo/Heatengcon.html#c1 Ejemplos de Motores Térmicos Ciclo de Otto Bomba de Calor Rectángulo del Diagrama PV Motor Diesel Ciclo de Carnot Refrigerador Equipo 2 5 6 3 4 1 Respuesta El ciclo de Otto es un conjunto de procesos usado por los motores de combustión interna (2-tiempos o 4-tiempos). Estos motores a) admiten una mezcla de combustible y aire, b) que es comprimida c) para que esta pueda reaccionar con eficacia a la adición de calor, así que la energía química de la mezcla se pueda transformar en energía térmica, d) y mediante la expansión de los productos de la combustión se produzca movimiento, y posteriormente e) los gases exhaustos de la combustión se expulsan y posteriormente se substituyen por una nueva mezcla de combustible y aire. Los diversos procesos se demuestran en la figura Son un sistema de climatización que tiene como objetivo aportar calor a un espacio. El fluido refrigerante que circula por ese circuito, y que es la base de la bomba, está a baja temperatura y a baja presión, y por tanto está en estado líquido. Al conectar la bomba, empieza a aspirar aire del exterior, que pasa a través del evaporador rodeando el punto donde está el fluido y absorbe el calor presente en el aire, evaporándose. El aire es expulsado al exterior de nuevo más frío que cuando fue absorbido. Después, el fluido, en forma de gas a baja presión, entra en el compresor. El compresor se encarga de aumentar la presión y la temperatura, convirtiendo el gas en líquido caliente. Una vez el gas se convierte en fluido muy caliente, pasa al condensador, donde cede la energía al aire que lo rodea, calentándolo para enviarlo al interior de la habitación y, a medida que va cediendo toda la energía, condensándose y volviendo así a estado líquido. Por último, el fluido pasa por la válvula de expansión para recuperar sus características iniciales (baja temperatura y baja presión) y comenzar de nuevo el ciclo. Son una manera conveniente de visualizar los cambios en la presión y el volumen. A los diferentes estados del gas les corresponde un punto en el diagrama PV. En el eje vertical se da la presión y en el eje horizontal el volumen, como observamos abajo. Un motor diésel funciona mediante la ignición (encendido) del combustible al ser inyectado muy pulverizado y con alta presión en una cámara (o pre cámara, en el caso de inyección indirecta) de combustión que contiene aire a una temperatura superior a la temperatura de auto combustión, sin necesidad de chispa como en los motores de gasolina. Este proceso es lo que se llama el auto inflamación. Utilizan un sistema de cuatro tiempos los cuales son: admisión, compresión, combustión y escape. Su funcionamiento es bastante sencillo, primeramente entra el aire en la cámara de combustión, seguidamente se comprime este aire con un empuje del émbolo del pistón, para luego inyectar el combustible y producir la combustión que volverá a empujar el pistón, y producirá la fuerza para el movimiento. Finalmente, el escape de los gases dejará la cámara de combustión lista para un próximo ciclo. Se define ciclo de Carnot como un proceso cíclico reversible que utiliza un gas perfecto, y que consta de dos transformaciones isotérmicas y dos adiabáticas, tal como se muestra en la figura. La representación gráfica del ciclo de Carnot en un diagrama p-V es el siguiente Tramo A-B isoterma a la temperatura T1 Tramo B-C adiabática Tramo C-D isoterma a la temperatura T2 Tramo D-A adiabática El frigorífico o nevera enfría su interior mediante un sistema de refrigeración, basado en un compresor y un gas refrigerante que generalmente es el Freón, un compuesto de carbono, fluor y cloro (CF2Cl2) Este proceso se logra evaporando y condensando continuamente el gas refrigerante que recorre un circuito de tubos. Así, cuando el gas se evapora, absorbe calor, y al condensarse lo libera. FASE DE CIERRE     Al final de las presentaciones se lleva a cabo una discusión extensa, en la clase, de lo  que se aprendió. Para generar una conclusión grupal relativa a la 2ª. Ley de la Termodinámica.                      Revisa el trabajo a cada alumno y lo registra en la lista.   Actividad Extra clase: Los alumnos: ·         Elaboraran su informe,  para registrar sus resultados en su Blog. ·         Indagaran los temas siguientes de acuerdo al cronograma, y los depositaran en su Blog personal en la cual contendrá su información, ·         Los integrantes de cada equipo, se comunicaran la información indagada y la procesaran en Googledocs,  Analizaran y sintetizaran los resultados, para presentarla al Profesor en la siguiente sesión.
evaluación	El profesor revisara el Informe de la actividad depositado en el Blog personal.    Contenido: Resumen de la indagación bibliográfica. Informe de las actividades en el Aula-laboratorio.

Semana15 viernes SESIÓN 45	Recapitulación 15
contenido temático	2ª. Ley de la termodinámica, irreversibilidad, entropía.

Aprendizajes esperados del grupo	Conceptuales: ·                     2ª. Ley de la termodinámica, irreversibilidad, entropía. Procedimentales ·                     Describirá diferentes sistemas térmicos, así como los elementos que lo conforman. ·                     Irreversibilidad y Contaminación. ·                     Discusión en equipo ·                     Presentación en equipo Actitudinales ·                     Confianza, colaboración, cooperación, responsabilidad respeto y tolerancia.
Materiales generales	De proyección: ·                     Pizarrón, gis, borrador ·                     Proyector de acetatos De computo: ·                     PC, y proyector tipo cañón ·                     Programas:  Excel, Word, Power Point. Didáctico: ·                     Resumen escrito, en Word,  acetatos o Power Point.
Desarrollo del proceso	FASE DE APERTURA El Profesor de acuerdo a su Planeación de clase - Cada equipo realizara una autoevaluación de los temas aprendidos en las dos sesiones anteriores. 1.- ¿Qué temas se abordaron? 2.- ¿Que aprendí? 3.- ¿Qué dudas tengo? Equipo 4 1. Los temas abordados fueron entropía, irreversibilidad, que son las fuentes de energía y cuál es su impacto económico y ambiental. 2. Aprendí que  El fenómeno de la irreversibilidad resulta del hecho de que si un sistema termodinámico de moléculas interactivas es trasladado de un estado termodinámico a otro, ello dará como resultado que la configuración o distribución de átomos y moléculas en el seno de dicho sistema variará. Asimismo se abordaron los temas de. También aprendí cual es el impacto económico y ambiental de diversas fuentes de energía, como la solar por ejemplo. 3. No tengo dudas Solicita a los alumnos elaboren un resumen escrito en su cuaderno de lo visto en las dos sesiones anteriores, FASE DE DESARROLLO - Les solicita que un alumno de cada equipo  lea el resumen elaborado. - El Profesor pregunta acerca de las dudas que tengan acerca de los temas vistos en las dos sesiones anteriores. FASE DE CIERRE         El Profesor concluye con un repaso de la importancia de la Termodinámica. Revisa el trabajo  a cada alumno y lo registra en la lista de la plataforma MOODLE. Actividad Extra clase: Los alumnos: ·                      Elaboraran su informe,  para registrar sus resultados en su Blog. ·                      Indagaran los temas siguientes de acuerdo al cronograma, y los depositaran en su Blog personal en la cual contendrá su información, ·                      Los integrantes de cada equipo, se comunicaran la información indagada y la procesaran en Googledocs,  Analizaran y sintetizaran los resultados, para presentarla al Profesor en la siguiente sesión.
evaluación	El profesor revisara el Informe de la actividad depositado en el Blog personal.    Contenido: ·                     Resumen de la indagación bibliográfica. ·                     Informe de las actividades en el Aula-laboratorio.

Feria “La ciencia es divertida”

En la feria de “la ciencia es divertida” se presentaron diversos proyectos relacionados con la química, física y biología. El objetivo que estos proyectos tenían en común era el mostrarnos que la ciencia está presente siempre en nuestra vida diaria y que no la tenemos que ver como algo aburrido sino todo lo contrario, la ciencia está presente en nuestra cotidianidad desde algo tan simple como lo son los colores hasta el comprender como es que funciona y que fuerzas intervienen en un juego de feria.

Algunos de los stands que visité fueron:

• Colores: Donde nos explicaban que el color es una propiedad física de la luz emitida por los objetos y substancias, una experiencia visual y una impresión sensorial que recibimos a través de los ojos, independiente de la materia colorante de la misma. En este stand nos permitieron realizar nuestro propio color secundario o terciario a base de colores primarios solamente.
• Bovina de Tesla: Una bobina de Tesla es un tipo de transformador resonante que produce altas tenciones de elevadas frecuencias (radiofrecuencias) llamado así en honor a su inventor, Nikola Tesla. En el stand nos explicaron que el objetivo de Tesla era poder obtener energía sin la necesidad de utilizar cables o conectores, también nos dijeron que los “rayos” que observábamos era la energía.
• Lluvia de colores aceite y agua:  Este experimento consistía en poner en un vaso transparente una sustancia polar y una no polar que en este caso era agua y aceite, una vez colocadas en el vaso  el agua quedaba abajo y el aceite arriba ya que se separan debido a la polaridad, enseguida se agregaba al vaso gotas de agua con colorante, estas no se mezclaban con el aceite, sino que formaban unas bolitas que flotaban en el interior de esta, estas se depositan en el fondo del aceite ya que están más densas, de allí poco a poco van cayendo en el agua ya que las gotas encuentran una sustancia con la que si se puedan mezclar (el agua) y se disuelven así  formando la lluvia de colores.
• Bazooka: Esta bazooka estaba formada por un tubo de PVC, una lata gaseosa y cinta aislante, la lata estaba unida al tubo de PVC con cinta para que el desodorante que se le iba a echar no se filtrara, luego de estar unidos se le hacía un orificio a la lata para por allí introducir el desodorante, una vez introducido el desodorante se colocaba dentro de la bazooka un objeto como una pelota y finalmente con la ayuda de un encendedor se hacía reaccionar al desodorante para que así la bazooka funcionara y el objeto colocado dentro de esta saliera disparado
• Bazuka con latas: Era exactamente lo mismo que la bazooka, solo que esta estaba formada únicamente de latas gaseosas.

·         Volcán de bicarbonato: En este experimento que ya es muy conocido presenciamos una reacción química donde el vinagre de mezcla, que es un ácido, y el bicarbonato de sodio, que es una base, dan como resultado la formación de gas de dióxido de carbono, que obliga al contenido de la botella a salir del volcán. Cuando se mezclan un ácido y una base, reaccionan para neutralizarse entre sí, lo que resulta en la producción de sal y dióxido de carbono en el proceso. 

• El funcionamiento de la rueda de la fortuna: En este staff nos explicaron que detrás de un rueda de la fortuna existen muchos aspectos físicos tales como las leyes de newton, el movimiento rotatorio, la aceleración y desaceleración de los cuerpos, la energía de movimiento cinética y la energía de movimiento almacenada (potencial).

La energía solar

Procedimiento:

1.- Colocar en el matraz Erlenmeyer, 50 ml de agua,  medir la temperatura, con la lupa proyectar el foco de la luz solar al agua durante cinco minutos, medir la temperatura final del agua.

2.- Medir la temperatura de un hueco de piedra volcánica que esté recibiendo la energía  solar, con la lupa proyectar el foco de la luz solar al hueco durante cinco minutos, medir la temperatura final en el hueco.

3.- Colocar dentro del laboratorio la celda fotoeléctrica de forma que pueda recibir la energía solar externa. Con un espejo, proyectar hacia la celda fotoeléctrica la energía solar. Observar lo que ocurre al motor conectado  a la celda solar.

Observaciones:

Actividad

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Ti

Tf

Ti

Tf

Ti

Tf

Ti

Tf

Ti

Tf

Ti

Tf

1

18°

24°

20°

25°

19°

30°

20o

25o

20°

22°

20°

25°

2

31°

38°

32°

38°

32°

39°

30o

40o

30

37°

22°

40°

3 Distancia en metros

3 metros

4 metros

2 metros

6 metros

3 metros

2 metros

Conclusiones:

La energía solar es la energía que proporciona el sol a través de sus radiaciones y que se difunde, directamente o de modo difuso en la atmósfera.

Gracias a diversos procesos, la energía solar se puede transformar en otra forma de energía útil para la actividad humana: en calor, en energía eléctrica o en biomasa. Por ende, el término “energía solar” se utiliza, con frecuencia, para describir la electricidad o el calor obtenidos a partir de ella.

Uno de los últimos desarrollos de materiales de energía solar son las celdas solares. Una celda solar funciona de la siguiente manera: de la radiación solar provienen los fotones que impactan sobre la superficie de la celda y los materiales semiconductores los absorben, materiales como el silicio. Los fotones golpean a los electrones liberándolos de los átomos, esos electrones circulan por el material y así producen electricidad.

El planeta tierra recibe muchas horas de luz solar durante el día, energía limpia que proviene del sol y que nosotros podemos aprovechar para abastecer nuestra demanda de energía constante sin que por ello, tengamos que contaminar.